نموذج ذبابة الفاكهة لدراسة الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء في السلوكيات والأمراض التنكسية العصبية الجزء الثاني

3. السلوكيات المستفادة من ذبابة الفاكهة

تم إحراز تقدم بحثي هائل على مدار الأربعين عامًا الماضية بشأن الآليات التفصيلية الكامنة وراء التعلم والذاكرة في ذبابة الفاكهة. تم استخدام العديد من سلوكيات التعلم والذاكرة في ذبابة الفاكهة في الدراسات البيولوجية، بما في ذلك الذاكرة الشمية، والذاكرة البصرية، وذاكرة المكان، وذاكرة المغازلة [66]. أشارت دراسات كثيرة إلى أن الذباب يمكنه التعلم وتكوين ذكريات من تجاربه، ويمكن أن تستمر هذه الذكريات لساعات أو أيام. تعد الذاكرة الشمية لذبابة الفاكهة وذاكرة التودد من أنظمة الفحص الشائعة لدراسات الذاكرة في المختبر. هنا، نحن نركز بشكل أساسي على الذكريات الشمية والمغازلة في ذبابة الفاكهة.

تعني الذاكرة الشمية لذبابة الفاكهة أن ذبابة الفاكهة تدرك البيئة الخارجية من خلال حاسة الشم، وتخزن هذه المعلومات في الدماغ، وتتذكر هذه المعلومات عند الضرورة. تلعب الذاكرة الشمية دورًا مهمًا للغاية في بقاء ذبابة الفاكهة على قيد الحياة لأنها تساعد الذبابة في التعرف على الطعام والزملاء والأعداء وما إلى ذلك. في دماغ ذبابة الفاكهة، تختلف الآلية التي تتشكل بها الذكريات الشمية عن الأنواع الأخرى من الذكريات، مما قد يساعد بشكل أفضل نحن نفهم طبيعة الذاكرة.

على عكس الذاكرة البشرية، يبدو أن الذاكرة الشمية لذبابة الفاكهة لا تتأثر بعوامل مثل العمر والصحة. اكتشف فريق من الباحثين في التجارب أن الذكريات الشمية يتم إنشاؤها والحفاظ عليها بنجاح في كل من ذباب الفاكهة الصغير والكبير. وهذا يدل على أن الذاكرة الشمية لذبابة الفاكهة هي شكل مستقر جدًا من الذاكرة، ويمكن حتى القول إنها ذاكرة لا يمكن تدميرها.

بالإضافة إلى ذلك، فإن تكوين الذكريات الشمية والحفاظ عليها في ذبابة الفاكهة يرتبط أيضًا بالطريقة التي ترتبط بها الخلايا العصبية في أدمغتهم. لقد وجد الباحثون أن الذاكرة الشمية يمكن تدميرها أو تقويتها عن طريق قطع ولصق الخلايا العصبية في ذباب الفاكهة. وهذا يوضح أن تكوين الذاكرة الشمية والحفاظ عليها في ذبابة الفاكهة يعتمد على الاتصال بين الخلايا العصبية، ويمكن تنظيم هذا الاتصال والتأثير عليه عن طريق التجارب، مما يساعدنا على فهم أفضل لآلية تكوين الذاكرة والحفاظ عليها.

بشكل عام، الذاكرة الشمية لذبابة الفاكهة هي شكل محدد ومستقر للغاية من الذاكرة. ويرتبط بعوامل مثل طريقة اتصال الخلايا العصبية في الدماغ، وتأثير البيئة، ويمكن أن يكون مستقلا عن عمر ذبابة الفاكهة وحالتها الصحية. توفر هذه النتائج نظرة فريدة لطبيعة الذاكرة وقد تلعب دورًا مهمًا في التطبيقات والتشخيصات الطبية المستقبلية. يمكن ملاحظة أننا بحاجة إلى تحسين ذاكرتنا. يمكن لـ Cistanche تحسين ذاكرتنا بشكل كبير، لأن Cistanche يمكنه أيضًا تنظيم توازن الناقلات العصبية، مثل زيادة مستويات الأسيتيل كولين وعوامل النمو، والتي تعتبر مهمة جدًا للذاكرة والتعلم. الأهم من ذلك، بالإضافة إلى ذلك، يمكن للحوم أيضًا تحسين تدفق الدم وتعزيز توصيل الأكسجين، مما يضمن حصول الدماغ على التغذية والطاقة الكافية، وبالتالي تحسين حيوية الدماغ وقدرته على التحمل.

انقر فوق معرفة طرق تحسين وظائف المخ

3.1. تكييف الذاكرة الشمية والمكافأة

تم وصف الذاكرة الشمية لذبابة الفاكهة بواسطة تيمبل وآخرون. [4] وتولي وآخرون. [5]. بالنسبة للتكييف الشمي المنفر، يتلقى الذباب عقوبة الصدمة الكهربائية إلى جانب التعرض لرائحة معينة (CS+)، تليها رائحة مختلفة (CS−) دون صدمة كهربائية. لاختبار الذاكرة، يتم نقل الذباب باستخدام مصعد صغير في آلة التدريب ويسمح له بالاختيار بين رائحتين (CS + مقابل CS−) في T-maze. غالبًا ما يتم استخدام كل من 3- الأوكتانول (OCT) و4- ميثيل سيكلوهكسانول (MCH) في هذا الاختبار. يتم تعريف مؤشر الأداء على النحو التالي:

يشبه اختبار ذاكرة مكافأة السكر، الموصوف في دراسات سابقة، اختبار الذاكرة الشمية المكروه، واختبار ذاكرة مكافأة الماء هو تعديل لذاكرة مكافأة السكر [4،67-70]. في فحوصات ذاكرة مكافأة السكر ومكافأة الماء، يتم تدريب الذباب الجائع أو العطشان على ربط الرائحة (CS+) بالسكر أو الماء، على التوالي.

قبل بدء التجربة، يتم نقل الذباب إلى قارورة تحتوي على ورق ترشيح رطب لتجويع الطعام قبل اختبار ذاكرة مكافأة السكر، أو إلى قارورة تحتوي على ورق ترشيح سكروز جاف للتجفيف قبل اختبار ذاكرة مكافأة الماء. للتدريب، يتم نقل الذباب إلى أنبوب تدريب يحتوي على ورق ترشيح مجفف ويتعرض للرائحة الأولى (CS−).

يتم بعد ذلك نقل الذباب إلى أنبوب تدريب آخر يحتوي إما على ورق ترشيح سكروز أو ورق ترشيح مياه ثم يتم تعريضه للرائحة الثانية (CS+). للاختبار، يُسمح للذباب بالاختيار بين الرائحتين في متاهة T، وتم تحليل توزيعها في الأنابيب وتقديمها كمؤشر أداء [68،71].

3.2. ذاكرة الخطوبة

ترفض إناث الذباب المتزاوجة بالفعل محاولات الجماع بين الذكور، مما يؤدي في النهاية إلى انخفاض سلوك المغازلة لدى ذكور الذباب. هذه التجربة غير السارة (الرفض من الإناث) تثبط أيضًا سلوك التودد للذكور تجاه الأنثى العذراء [6].

يُعرّف قمع سلوك مغازلة الذكر تجاه أنثى عذراء بعد التعرض للإناث المتزاوجة بالفعل بأنه تكييف المغازلة. قبل الاختبار، يتم جمع الذكور الساذجين في يوم التآكل ويتم الاحتفاظ بهم بشكل فردي لمدة 4-5 أيام. عندما ينضج الذكور الساذجون جنسيًا، يتعرضون لأنثى متزاوجة لمدة ساعة واحدة، وتم حساب مؤشر الخطوبة خلال أول (CIinitial) وآخر (CIfinal) 10 دقائق من الفترة التجريبية التي تبلغ ساعة واحدة. يتم بعد ذلك نقل ذكر الاختبار إلى مكان جديد وتعريضه لأنثى عذراء مقطوعة الرأس لمدة 10 دقائق (اختبار).

في المجموعة الضابطة، يتم الاحتفاظ بذكور الذباب الساذج بمفردهم في غرفة لمدة ساعة واحدة ثم يتم نقلهم إلى غرفة جديدة مع أنثى عذراء مقطوعة الرأس لمدة 10 دقائق (CIsham) [72]. وأخيرا، يتم حساب مؤشر تعلم الخطوبة ومؤشر الذاكرة. تشير مؤشرات التعلم والذاكرة المنخفضة إلى أن ذكور الذباب يتمتعون بقدرة أفضل على التعلم والذاكرة. مؤشر التعلم=CIfinal/CIinitial ومؤشر الذاكرة=CItest/mean CIsham [72].

3.3. تأثير الكائنات الحية الدقيقة في القناة الهضمية على الذاكرة

أظهرت الدراسات أنه يمكن تدريب الذباب على ربط الرائحة بالعقاب أو المكافأة [4،5،67،73]. بالنسبة للذاكرة الشمية، تتلقى الخلايا العصبية الإسقاطية في الفص الهوائي مدخلات من الخلايا العصبية المستقبلة لحاسة الشم، وتتجه إلى القرن الجانبي وMBs في دماغ الذبابة [74]. والجدير بالذكر أن ذبابة الفاكهة MBs ضرورية للذاكرة الشمية [75،76]. يتم تصنيف الخلايا العصبية MB على أنها 0 0، والخلايا العصبية [77].

بلوم وآخرون. أظهر أنه في الذباب، تشكل التجارب المكتسبة ذاكرة قصيرة المدى في الخلايا العصبية MB، بينما تتشكل الذاكرة طويلة المدى في الخلايا العصبية MB [78]. في المقابل، ماكبرايد وآخرون. ذكرت أن MBs ضرورية لتعزيز الذاكرة طويلة المدى أثناء تكييف الخطوبة [79]. ذكرت دراسة أخرى أن تداخل الخلايا العصبية MB مطلوب لذاكرة الخطوبة والذاكرة الترابطية الشمية في ذبابة الفاكهة [80].

تشير الأدلة المتزايدة إلى أن ميكروبيوم الأمعاء قد يكون له بعض التأثيرات على سلوك الحيوان [81]، وأن التفاعل بين الأمعاء والدماغ أمر بالغ الأهمية للسلوكيات [82]. أشار العديد من الباحثين إلى وجود صلة بين الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء والتعلم [83] أو الذاكرة [84]. على وجه الخصوص، تم تطوير البروبيوتيك المحدد لتحسين التعلم والذاكرة لدى الفئران [85، 86}. في ذبابة الفاكهة، تكون الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء أبسط بكثير مقارنة بالحيوانات الأخرى [87].

ذباب الفاكهة نموذج حيواني محتمل لدراسة آثار الكائنات الحية الدقيقة في القناة الهضمية على السلوكيات المكتسبة؛ ومع ذلك، لا يوجد سوى أدلة متفرقة. في الآونة الأخيرة، سيلفا وآخرون. ذكرت أن الذباب المحوري قد قلل من الذاكرة الشهية عند 24 ساعة بعد التدريب وأن ذباب الذكور المحوري أظهر انخفاضًا في تعلم المغازلة والذاكرة [34] (الجدول 1). هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لتوضيح تأثير الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء على السلوكيات المكتسبة في المستقبل.

4. الشيخوخة وطول العمر

الشيخوخة هي ظاهرة بيولوجية عالمية. في الأساس، الشيخوخة هي مصطلح يستخدم لوصف العلاقة بين تقدم العمر الزمني وانخفاض الوظائف الفسيولوجية، مثل وظيفة الإنجاب، وقوة العضلات، والضعف الإدراكي، والأمراض المرتبطة بالعمر [88].

استخدمت العديد من الدراسات نماذج حيوانية، مثل Caenorhabditis elegans وDrosophila والفئران، لتوصيف التغيرات الجزيئية والفسيولوجية التي تحدث أثناء الشيخوخة [89].

الأمعاء الدقيقة والشيخوخة ذبابة الفاكهة

Aging is associated with an increased risk of chronic diseases, including immune system diseases, cancer, neurodegeneration, and dysbiosis [90]. A recent study demonstrated that there are significant differences in the gut microbiota composition between healthy and unhealthy elderly adults (aged >90 سنة). يتمتع كبار السن الأصحاء بوفرة أكبر من العصوانيات في الأمعاء، والتي توفر مسارات أكثر وظيفية لاستقلاب الطاقة.

ومع ذلك، فإن الأفراد المسنين غير الأصحاء لديهم وفرة أعلى من المكورات العقدية وغيرها من البكتيريا المسببة للأمراض في الأمعاء [91]. الدراسات التي أجريت على الكائنات الحية الدقيقة البشرية لكبار السن ليست متسقة للغاية بسبب اختلاف العوامل الداخلية والخارجية المرتبطة بكل شخص؛ ولذلك، هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات باستخدام النماذج الحيوانية لتوضيح دور الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء في الشيخوخة.

عادةً، يبلغ متوسط ​​عمر ذبابة الفاكهة من النوع البري الصحي والمُعتنى به جيدًا، W1118، حوالي 70 يومًا، وبحد أقصى 90 يومًا تقريبًا عند تربيتها في درجة حرارة 25 درجة مئوية [92]. يظهر الذباب المسن تغيرات سلوكية خطيرة مرتبطة بالعمر بعد 21 يومًا من الكسوف، مثل الضعف الحركي المرتبط بالعمر (ARLI)، وانخفاض النشاط الجنسي والسلوك الإنجابي، وانخفاض القدرة على استشعار درجة الحرارة الباردة، وانهيار دورات النوم والاستيقاظ، وضعف الوظائف الإدراكية. 63،93-95]. ترتبط هذه التغييرات السلوكية المرتبطة بالعمر بتغيير في نمط التعبير الجيني. ترتبط الشيخوخة بالتغيرات في التعبير عن ما يقرب من 23% من الجينات في ذبابة الفاكهة، ويرتبط العديد من هذه الجينات بالاستجابة للضغط والتكاثر. يؤدي التعبير المضطرب عن هذه الجينات إلى إضعاف العديد من العمليات الفسيولوجية لدى الذباب المسن [96].

في الذباب البالغ، تشكل البكتيريا البروتينية (Acetobacter وKomagataeibacter) وFirmicutes (Lactobacillus وLeuconostoc) جزءًا كبيرًا من الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء، خاصة في منطقة الخلايا النحاسية الشبيهة بالمعدة (CCR، انظر أيضًا الشكل 1 أ)، والتي تتحكم في التوزيع والتكاثر. تكوين الكائنات الحية الدقيقة والحؤول في ظهارة المعدة عن طريق تنشيط إشارات JAK / STAT في الأمعاء الشيخوخة [97]. علاوة على ذلك، هناك اختلاف كبير في تكوين الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء بين الذباب الصغير والكبير.

في الذباب الصغير، تعتبر Acetobacter persici وL. brevis هي الأنواع السائدة. ومع ذلك، A. malorum وL. plantarum موجودان بشكل رئيسي في أمعاء الذباب القديم [98]. الدراسات التي توضح تأثيرات الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء خلال مراحل مختلفة من تطور ذبابة الفاكهة ليست متسقة. بروميل وآخرون. وجد أن الذباب الذي يتم تربيته في ظل ظروف محفوفة بالمخاطر قد قلل من العمر مقارنة بالذباب التقليدي. علاوة على ذلك، فإن وجود الكائنات الحية الدقيقة خلال الأسبوع الأول من حياة البالغين في ذبابة الفاكهة يزيد من العمر الافتراضي. في المقابل، فإن وجود الكائنات الحية الدقيقة في المراحل اللاحقة من الحياة يقلل من متوسط ​​العمر. اقترح المؤلفون أن الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء تتفاعل مع جينات طول العمر لتعديل العمر في ذبابة الفاكهة [39].

وعلى النقيض من ذلك، كاترسون وآخرون. أظهر أن الصيام المتقطع (يومين من التغذية يتبعهما خمسة أيام من الصيام) يمكن أن يطيل عمر ذبابة الفاكهة. علاوة على ذلك، أظهر الباحثون أن الصيام المتقطع لمدة 30 يومًا على الأقل خلال مرحلة البلوغ يعزز العمر الافتراضي. جادل المؤلفون بأن الصيام المتقطع يزيد من المقاومة الناجمة عن المجاعة للإجهاد التأكسدي والأجنبي الحيوي.

علاوة على ذلك، يعمل الـ IF على تحسين محتوى الدهون في 60-الذباب الذي يبلغ عمره يومًا واحدًا. كشف تحليل القناة الهضمية بعد 40 يومًا من الصيام المتقطع عن انخفاض كبير في الأمراض المرتبطة بالعمر، وتحسين وظيفة حاجز الأمعاء، وانخفاض وفرة البكتيريا بما في ذلك بكتيريا L. plantarum. يمكنني التصرف بشكل مستقل عن مسار TOR وزيادة العمر الافتراضي بقوة. إجمالاً، خلال الحياة المبكرة، يمكن أن يؤدي الصيام المتقطع على المدى القصير إلى تأثيرات مفيدة طويلة الأمد والتي يمكن أن تعزز طول العمر، جزئيًا على الأقل، من خلال الحفاظ على صحة الأمعاء [40].

5. أمراض الزهايمر

ينشأ مرض الزهايمر (AD) بسبب تنكس الخلايا العصبية في الدماغ. يتميز مرض الزهايمر بوجود لويحات عصبية وتشابكات ليفية عصبية، مما يؤدي إلى تراكم الببتيد أميلويد بيتا (A) [99]. هناك فرضيتان رئيسيتان لشرح الآلية الكامنة وراء تطور مرض الزهايمر. الفرضية الأولى هي الفرضية الكولينية.

في سبعينيات القرن العشرين، كشفت الدراسات أن العجز الكوليني في القشرة المخية الحديثة وما قبل المشبكية يرتبط بإنزيم أسيتيل ترانسفيراز الكولين (ChAT)، وهو إنزيم يشارك في تخليق الأسيتيل كولين (ACh). نظرًا لأن ACh هو العامل الرئيسي الذي يشارك في تنظيم الوظائف المعرفية، فإن الفرضية الكولينية تقترح أن تراكم الأميلويد يؤثر على النقل العصبي الكوليني، ويسبب انخفاضًا في امتصاص الكولين وإطلاق Ach [100،101]. الفرضية الثانية هي فرضية الأميلويد.

وقد لوحظ أن التحلل A يقل مع تقدم العمر أو في حالات مرضية مختلفة، مما يؤدي إلى تراكم الببتيدات A، مما يؤدي في النهاية إلى موت الخلايا العصبية [102-104]. تم تحديد العديد من عوامل خطر الإصابة بمرض الزهايمر، مثل الشيخوخة، والخلفية الوراثية، وطفرات بروتين سلائف الأميلويد، والعوامل البيئية، والتعرض للمعادن الثقيلة [105].

5.1. الأمعاء الدقيقة و AD في ذبابة الفاكهة

يظهر مرضى الزهايمر انخفاضًا في وفرة L. brevis وBifidobacterium dentium في الأمعاء وانخفاض مستويات GABA في الجهاز العصبي المركزي [106]. يمكن تصنيع السيروتونين، وهو ناقل عصبي رئيسي آخر ينظم الوظائف الإدراكية، بواسطة ميكروبات الأمعاء [15,107]. إلى جانب عدم توازن الناقلات العصبية، فإن السموم العصبية متورطة أيضًا في مرض الزهايمر. كشفت دراسة حديثة أن السم العصبي -N-ميثيلامينو-L-ألانين (BMAA) يتم إنتاجه بواسطة البكتيريا الزرقاء في الأمعاء، مما يساهم في تطور مرض الزهايمر [106,108]. ومع ذلك، فإن تأثير الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء على الدوائر العصبية والآليات ذات الصلة في مرض الزهايمر لا يزال غير واضح. بشكل عام، تم تطوير ثلاثة نماذج لذبابة الفاكهة AD والتي سمحت للعلماء بالكشف عن العلاقة بين مرض الزهايمر وميكروبات الأمعاء. وتشمل هذه الأجهزة elav-Gal4، ونموذج UAS-BACE/UASAPP، ونموذج GMR-A 42، وelav-Gal4؛ نموذج UAS-A 42 (الجدول 1).

5.2. ايلاف-Gal4; UAS-BACE/UAS-APP يطير نموذج

تم استخدام نظام UAS/Gal4 لتطوير نماذج ذبابة AD عن طريق التعبير عن بيتا سيكريتاز البشري (BACE) أو بروتين السلائف الأميلويد (APP) تحت سيطرة برنامج تشغيل elav-Gal4، والذي يتم التعبير عنه على وجه التحديد في الخلايا العصبية. يظهر هذا الذباب زيادة في ترسب الأميلويد في الخلايا العصبية، وفقدان القدرة على التسلق، وزيادة التنكس العصبي. وأظهرت دراسة حديثة أيضًا العلاقة بين امتصاص الكفير ومرض الزهايمر في elavGal4؛ UAS-BACE/UAS-APP يطير. الكفير هو بروبيوتيك يحتوي على خمسة أنواع بكتيرية رئيسية: L. kefiranofaciens (21.96%)، L. kefir (0.2%)، A. labarum (0.17%)، Lactococcus لاكتيس ( 0.004%)، والريكتسياليس (0.001%). المستقلبات الرئيسية الموجودة في الكفير هي الهكسان (Hex)، وثنائي كلورو ميثان (DCM)، وأسيتات الإيثيل (EtOAc)، وn-butanol (But-OH). عززت إدارة الكفير للذباب النموذجي من قدرتها على التسلق، وحسنت معدل البقاء على قيد الحياة، وقمع التنكس العصبي. علاوة على ذلك، على الرغم من وجود المستقلبات الأربعة إذا كان الكفير قادرًا بشكل فردي على تحسين نشاط التسلق في ذباب AD، إلا أن EtOAc و But-OH فقط كانا قادرين على إطالة عمر نموذج AD ذبابة الفاكهة [41].

ويستفال وآخرون. طورت تركيبة تكافلية تحتوي على L. plantarum NCIMB 8826 (Lp8826)، L. Fermentum NCIMB 5221 (Lf5221)، وBifidobacteria longum spp. Infantis NCIMB 702255 (Bi702255)، بالإضافة إلى 0.5% TFLA (مستخلص نبات البوليفينول من مسحوق التريفالا المقوي للجهاز الهضمي). علاج إيلاف-Gal4؛ قلل ذباب UAS-BACE/UAS-APP باستخدام هذه التركيبة التكافلية من التعبير عن الببتيد الشبيه بالأنسولين ذبابة الفاكهة (Dilp) بما في ذلك مستقبلات Dilp2 وDilp3 وDilp، في حين أنه زاد من dFOXO وتعبير الأكسيداز المزدوج للعامل المناعي الفطري، وعزز إشارات IMD. علاوة على ذلك، أدت التركيبة التكافلية إلى خفض مستويات المؤكسدات الكلية، وتثبيط بيروكسيد الدهون (LPO)، واستعادة نشاط مجمعات سلسلة نقل الإلكترون (ETC) في الميتوكوندريا في نموذج الذباب AD [42].

5.3. موديل GMR-A 42 Fly

تم تطوير نموذج الذبابة GMR-A 42 AD من خلال التعبير عن الجين A 42 البشري تحت سيطرة مراسل الزجاج المتعدد (GMR) -Gal4، والذي يتم التعبير عنه في خلايا الشبكية. يظهر هذا الذباب النمط الظاهري للعين الخشنة بسبب التنكس العصبي، ويستخدم هذا النموذج على نطاق واسع للتحقيق في الآليات الكامنة وراء تطور م [109]. ليو وآخرون. أظهر أن تغذية L. ساكي بروبيو 65 وL. باراكاسي 0291 قللت بشكل كبير من التنكس العصبي المرتبط بمرض الزهايمر في نموذج الذباب GMR-A 42 AD [43]. وعلاوة على ذلك، تان وآخرون. ذكرت أن Lactobacillus ينقذ النمط الظاهري للعين الخشنة في ذباب AD، وخاصة سلالة L. plantarum DR7. يمكن لـ L. plantarum DR7 استعادة تنوع الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء في الذباب النموذجي AD عن طريق زيادة وفرة Stenotrophomonas وAcetobacter، مع تقليل وفرة Wolbachia [44].

5.4. ايلاف-Gal4; UAS-A 42 نموذج الطيران

تم تطوير هذا النموذج من الذباب AD من خلال التعبير عن الإنسان A 42 تحت سيطرة برنامج تشغيل الخلايا العصبية elav-Gal4. على غرار نماذج الذباب AD الأخرى، elav-Gal4؛ يُظهر ذباب UAS-A 42 انخفاضًا في معدلات البقاء على قيد الحياة وانخفاضًا في قدرات التسلق. علاوة على ذلك، فإن وفرة عائلتي Acetobacteraceae وLactobacillaceae تقل في أمعاء هذه الذبابات، وخاصة Acetobacter وLactobacillus. باستخدام GC-MS، وجد أن مستويات الأسيتات، وهو الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة الأكثر وفرة (SCFA) في الذباب، تتناقص بشكل كبير في نموذج الذباب AD [45]. أثبتت الدراسات في المختبر وفي الجسم الحي أن SCFAs تلعب دورًا محتملاً في تقليل مستويات A وتخفيف آثارها السامة [110,111]. علاوة على ذلك، فإن خلل العسر الحيوي المعوي الناجم عن الإصابة بالبكتيريا المعوية غير المسببة للأمراض (Ecc15) في الذباب البالغ يعزز تجنيد خلايا الدم البيضاء في الدماغ، مما يؤدي إلى تنكس عصبي بوساطة TNF-JNK، مما يؤدي إلى تطور مرض الزهايمر [46].
6. مرض باركنسون

مرض باركنسون (PD) هو اضطراب عصبي يؤثر على الأشخاص بشكل رئيسي في السنوات الأخيرة من الحياة. بشكل عام، نادرًا ما يتم ملاحظة مرض باركنسون عند الأشخاص الذين تقل أعمارهم عن 40 سنوات، وتشير التقديرات إلى أن حوالي 1% من الأشخاص الذين تزيد أعمارهم عن 60 عامًا و0.3% من إجمالي السكان يصابون بهذا المرض [112-114] . يعد تراكم أجسام ليوي المحتوية على السينوكلين وفقدان الخلايا العصبية الدوبامينية في المادة السوداء من التغيرات المرضية الرئيسية التي لوحظت في مرضى PD. تشمل السمات الحركية التي يتم ملاحظتها بشكل شائع في مرضى PD الهزات والصلابة وبطء الحركة. علاوة على ذلك، فإن السمات غير الحركية الشائعة التي لوحظت في المرضى الذين يعانون من PD هي ضعف النوم، والخلل اللاإرادي، ونقص الشم [115]. على الرغم من أن الأسباب الكامنة وراء تطور مرض باركنسون لا تزال غير معروفة، إلا أن عوامل الخطر الرئيسية تشمل العمر والعوامل البيئية والوراثة.

6.1. الأمعاء الدقيقة و PD في ذبابة الفاكهة

تم الإبلاغ عن أنه في المرضى الذين يعانون من PD، ترتبط وفرة البكتيريا المعوية في الأمعاء بشكل إيجابي مع شدة عدم الاستقرار الوضعي [46]. علاوة على ذلك، فقد تم الإبلاغ عن وجود وفرة في القناة الهضمية لدى مرضى داء باركنسون من نوع Prevotellaceae وBlautia spp. وCoprococcus spp. وRoseburia وFaecalibacterium spp. وPrevotella spp. انخفض، في حين تم زيادة عدد الإشريكية القولونية، ورالستونيا، واللاكتوباسيلوس، والشقاء، والفيروسية، والباكتيرويدس، والباراباكتيرويدس، والأكرمانسيا، والبوتيريسيموناس، والفيلونيلا، والأودوريباكتر، والموسيسبيريلوم، والبيلوفيلا [12،116-119]. ومع ذلك، فإن آثار الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء على التسبب في مرض PD لا تزال غير واضحة. تم استخدام نموذج Drosophila PD للتحقيق في العلاقة بين PD وميكروبات الأمعاء. على غرار نموذج الإعلان، هناك نظامان نموذجيان لدراسة PD في ذبابة الفاكهة: elav-Gal4؛ نموذج UAS-Synuclein، ونموذج متحولة PINK1 (الجدول 1)، كما هو موضح أدناه.

6.2. إجازة-Gal4؛ نموذج طيران UAS-Synuclein

في مرضى داء باركنسون، هناك تكاثر للطفرات (A53T، A30P، أو E46K) في جين السينوكلين. تم تطوير نماذج Fly PD من خلال التعبير عن -synuclein المتحول تحت سيطرة برنامج التشغيل elav-Gal4. هو وآخرون. استخدم بروتين سينوكلين البشري المتحول A53T تحت محرك elav-Gal4 لتطوير ذباب ذي خصائص تشبه PD. أظهرت هذه الذباب فقدان الخلايا العصبية الدوبامينية عند البالغين والخلل الحركي.
المعالجة باستخدام 3-حمض هيدروكسي بنزويك (3-HBA)،3،4-حمض ثنائي هيدروكسي بنزويك (3،4-diHBA)، و3-(3-) هيدروكسي فينيل) حمض البروبيونيك (3- HPPA)، وهو مستقلبات حمض الفينول، يمنع تراكم السينوكلين في المختبر ويحسن النشاط الحركي لذباب نموذج PD. تم الإبلاغ عن أن البكتيريا البيضوية يمكنها تحويل فلافانول كاتشين وإبيكاتشين إلى DHCA و3 و4-diHBA و3-HBA. علاوة على ذلك، يمكن لـ B. ovatus وEggerthella lenta وEscherichia coli إنتاج 3-HPPA و3 و4- diHBA و3-HBA من خلال عمليات التمثيل الغذائي المستقلة عن الكاتشين والإبيكاتشين. تشير هذه النتائج إلى أن الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء قد تؤثر على التسبب في مرض PD عن طريق تعديل الفلافانول الغذائي [47].

6.3. نموذج الطيران المتحول PINK1

ارتبط كيناز 1 (PINK1) الناجم عن PTEN، وهو بروتين كيناز سيرين/ثريونين بروتين الميتوكوندريا المشفر نوويًا، بـ PD. في النماذج الحيوانية التي تحتوي على طفرات جين PINK1، تمت ملاحظة التغيرات والأعراض المرتبطة بـ PD، مثل أعراف الميتوكوندريا المجزأة، وتعزيز حساسية الإجهاد التأكسدي، والعيوب الحركية، وفقدان الخلايا العصبية الدوبامينية [113،120]. ولذلك، يتم استخدام PINK1 مع طفرات فقدان الوظيفة لتطوير الذباب النموذجي PD. شو وآخرون. أظهر أن ذباب PD مع طفرات PINK1 يُظهر انخفاضًا في العمر الافتراضي والتسلق وعيوب الطيران وتدهور عضلات الطيران وفقدان الخلايا العصبية الدوبامينية. لقد ثبت أن مركب إبيجالوكاتشين-3-جالات (EGCG)، وهو مادة بوليفينول رئيسية موجودة في الشاي الأخضر، يمكن أن يقلل من أعراض مرض باركنسون. علاوة على ذلك، يمكن لـ EGCG استعادة تنوع الكائنات الحية الدقيقة في ذباب PD عن طريق تقليل وفرة البكتيريا المعوية وزيادة وفرة الأمعاء في Firmicutes وBacteroidetes. علاوة على ذلك، في ذباب PD، تزداد وفرة بكتيريا Lactobacillus وAcetobacter في الأمعاء، ولكن في مجموعات علاج EGCG، قللت من وفرة Acetobacter وL. plantarum وأنقذت العيوب الحركية. علاوة على ذلك، فإن زيادة وفرة L. plantarum في ذباب PD المعالج بـ EGCG قلل من فعالية هذا البوليفينول. وبالتالي، يوفر EGCG الحماية العصبية من خلال التأثير على الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء في ذباب PD [48].

7. اضطراب طيف التوحد

اضطراب طيف التوحد (ASD) هو اضطراب في النمو العصبي يظهر في مرحلة الطفولة المبكرة. ويتميز بأنماط سلوكية معقدة وعجز في كل من الوظائف الاجتماعية والمعرفية. ومع ذلك، فإن السبب الدقيق لاضطراب طيف التوحد لا يزال غير معروف [121,122]. في السنوات الأخيرة، تم التعرف على العلاقة بين العوامل الوراثية واضطراب طيف التوحد، بما في ذلك تباين عدد النسخ، وتعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة، والتغيرات اللاجينية. إلى جانب العوامل الوراثية، تلعب العوامل البيئية، مثل ملوثات الهواء والمبيدات الحشرية، دورًا رئيسيًا أيضًا في اضطراب طيف التوحد [122,123]. في الآونة الأخيرة، تم استخدام نموذج ذبابة الفاكهة لدراسة العلاقة بين ASD وإعادة تشكيل الكروماتين، وتنظيم ما بعد النسخ، وتخليق / تحلل البروتين، وجزيئات التصاق الخلايا [124]. يقوم POGZ بتشفير بروتين الهيتروكروماتين 1 -البروتين الرابط والذي يعتبر بالغ الأهمية لإعادة تشكيل الكروماتين في البشر. يُعتقد أن POGZ يعمل كمنظم نسخي، وهو أمر بالغ الأهمية لوظائف الخلايا العصبية [125]. يؤدي تقليل تنظيم الصف، وتقويم ذبابة الفاكهة لـ POGZ، في الخلايا العصبية، إلى عجز في التعود، وهو شكل من أشكال التعلم غير الترابطي [125]. يعد Euchromatin histone methyltransferase (EHMT) مثالًا آخر على جين خطر ASD المرتبط بإعادة تشكيل الكروماتين [126-128]. يؤدي فقدان EHMT في ذبابة الفاكهة إلى عجز في التعلم والذاكرة، وانخفاض كبير في الأعداد النهائية التغصنية، والتفرع العالي الترتيب، وتعقيد المجال التغصني [129].

تشير الدراسات الحديثة إلى أن بروتينات عائلة KDM5 ضرورية لاضطراب طيف التوحد. بروتينات عائلة KDM5 هي إنزيمات ديميثيلاز هيستون التي تنظم تعديل هيستون H3K4me3، والذي يرتبط بمروجي الجينات النشطة نسخيًا [130،131]. تم الإبلاغ عن طفرات فقدان الوظيفة في بروتينات عائلة KDM5 لدى المرضى الذين يعانون من اضطراب طيف التوحد [132,133]. علاوة على ذلك، تظهر الفئران المعطلة لـ kdm5c أيضًا تعلمًا وسلوكًا اجتماعيًا غير طبيعيين بسبب انخفاض كثافة العمود الفقري [134,135]. الذباب الذي يحمل الإنسان المتحول kdm5c (kdm5A512P) يُظهر عيوبًا في التعلم والذاكرة [136]. علاوة على ذلك، يُظهر هذا الذباب عيوبًا سلوكية، وتغيرات في مستوى النسخ، والتي تشبه الأليل الطافر الذي يلغي نشاط ديميثيلاز. تشير هذه الدراسات إلى أن بروتينات عائلة KDM5 ضرورية للتعلم والذاكرة والسلوكيات الاجتماعية لوظيفتها الأنزيمية لتنشيط الجينات [136].

يمكن استخدام العديد من الاختبارات السلوكية لدراسة ASD في نموذج ذبابة الفاكهة. تم تطوير فحوصات الفضاء الاجتماعي في الأصل بواسطة سيمون وآخرون. لدراسة اضطراب طيف التوحد في الذباب البالغ [137]. يتم إجراء هذا الاختبار في غرفة اختبار مع لوحين زجاجيين مربعين (18 × 18 سم) مفصولين بفاصل 0.5 سم، مما يسمح للذباب بالتواجد في الفضاء. المساحة الداخلية مثلثة الشكل ارتفاع وقاعدة كل منهما 15.3 سم. يتم وضع الذباب في أسفل الحجرة، ويبدأ كل الذباب في الصعود من نفس نقطة البداية في الأسفل. وبعد 20 دقيقة، يتم قياس المسافة بين أقرب الجيران باستخدام الكاميرا [137]. إلى جانب فحوصات الفضاء الاجتماعي، يُستخدم أيضًا اختبار نشاط ذبابة الفاكهة بشكل شائع في ذباب نموذج ASD [138].

تشن وآخرون. اقترح أن بروتينات KDM5 تؤثر على السلوك الاجتماعي من خلال تنظيم تكوين الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء [49]. في البشر، تتكون عائلة KDM5 من أربعة أعضاء، بينما في ذبابة الفاكهة، يوجد فقط أخصائي تقويم KDM5 واحد [139]. تشن وآخرون. أنتج الذباب الناقص kdm5- وأظهر أن فقدان kdm5 يؤدي إلى خلل في الحاجز المعوي وتغييرات في السلوك الاجتماعي. بالإضافة إلى ذلك، أدى نقص KDM5 في الأنسجة المعوية إلى تغيير تكوين الكائنات الحية الدقيقة، مما يؤدي إلى عيوب في حاجز الأمعاء. ومع ذلك، فإن إعطاء البروبيوتيك Lactobacillus أو إعطاء المضادات الحيوية للذباب الناقص kdm5- أنقذ جزئيًا الأنماط الظاهرية السلوكية والخلوية وأدى إلى إطالة العمر (الجدول 1). علاوة على ذلك، ينظم KDM5 بشكل نسبي مسار إشارات نقص المناعة (IMD) ويحافظ على التوازن البكتيري بطريقة تعتمد على ديميثيلاز [134]. تشير هذه الدراسات إلى أن استهداف الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء قد يكون نهجًا علاجيًا سريريًا محتملًا لعلاج مرضى التوحد الذين يعانون من إشارات IMD غير طبيعية [49].

8. الاستنتاجات

نظرًا لأن ذبابة الفاكهة تؤوي مجتمعًا ميكروبيًا بسيطًا في الأمعاء، فمن السهل فهم الآليات التي يؤثر من خلالها محور الأمعاء الدقيقة والدماغ على سلوكيات الحيوانات المعقدة. علاوة على ذلك، تم تطوير العديد من نماذج الذبابة للأمراض التنكسية العصبية، مما يسمح للعلماء بالتحقيق في العلاقة بين ميكروبات الأمعاء والاضطرابات العصبية، مما قد يمهد الطريق نحو الدراسات الانتقالية للبروبيوتيك.

تؤكد هذه المراجعة على أهمية النتائج الحديثة حول العلاقة بين الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء ووظائف الخلايا العصبية والسلوك والأمراض التنكسية العصبية في نموذج ذبابة الفاكهة. تؤثر الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء على تحمل درجة الحرارة، وسلوك النوم، والنشاط الحركي، واستراتيجية تكاثر المضيف، والسلوك العدواني، وكلها سلوكيات فطرية. على الرغم من وجود بعض التناقضات فيما يتعلق بالارتباط بين الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء والسلوك، فإننا نتوقع أن هذه الاختلافات قد تكون بسبب اختلاف الأنماط الجينية المضيفة والأنظمة الغذائية المستخدمة في الدراسات المختلفة. ومع ذلك، فإن الدراسات التي أجريت على نوم ذبابة الفاكهة والسلوكيات الحركية تزودنا بأدلة على أن الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء تعمل كمعدل عصبي للدوائر العصبية [34].

لا تزال العلاقة بين السلوك المكتسب وميكروبات الأمعاء غير مفهومة جيدًا. سيلفا وآخرون. ذكرت أن الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء تؤثر على الذاكرة الشهية طويلة المدى، وتعلم المغازلة، والذاكرة طويلة المدى [34]. على الرغم من أن دور محور الأمعاء الدقيقة والدماغ في الشيخوخة لا يزال غير واضح، فقد تعلمنا من ذباب الفاكهة أن التغييرات في نمط الحياة أو النظام الغذائي يمكن أن تحسن العمر [40]. علاوة على ذلك، تشير الدراسات التي أجريت على نموذج الذبابة إلى أن شرب الحليب مع الكفير وتناول تركيبات تكافلية أو مكملات بروبيوتيك يقلل من أعراض مرض الزهايمر [41،42،44].

وقد ظهرت التأثيرات المفيدة لمكملات البروبيوتيك والشاي الأخضر المحتوي على EGCG على أعراض مرض باركنسون في الذباب [116,118]. في الدراسات المستقبلية، ستكون الأولوية لتطوير إعدادات تجريبية جديدة تسهل الظروف المعقمة للتحكم الدقيق والتلاعب الدقيق بالميكروبات المعوية في ذباب الفاكهة [34]. نحن نعتقد أن نموذج ذبابة الفاكهة يمكن أن يساعدنا على فهم المبدأ الكامن وراء محور الأمعاء الدقيقة والدماغ وتحديد الجيل القادم من البروبيوتيك المحتمل (NGP) قريبًا.

الكاتب الاشتراكات:

تصور أو تصميم هذا العمل: C.-HL وC.-LW؛ كتابة المخطوطة: M.-HC، S.-MH، H.-YW، Y.-CL، C.-HL، وC.-LW؛ إعداد الأشكال والجداول: M.-HC وS.-MH؛ الاقتراحات والمناقشة: W.-HT وTW؛ الموافقة النهائية: جميع المؤلفين. M.-HC وS.-MH ساهمت بالتساوي في هذا العمل. لقد قرأ جميع المؤلفين النسخة المنشورة من المخطوطة ووافقوا عليها.

التمويل:

تم تمويل هذا البحث من خلال المنح المقدمة من Science Park، وزارة العلوم والتكنولوجيا (109CB01)، وزارة العلوم والتكنولوجيا (109-2326-B-182-001-MY3, 109-2320-B{{6} }MY3، و109-2320-B-182-029-MY3)، ومستشفى تشانغ غونغ التذكاري (CMRPD1K0311-2، وCMRPD1K0361، وBMRPC75)، ومشروع براعم التعليم العالي الممول من وزارة العلوم والتكنولوجيا ووزارة التربية والتعليم.

شكر وتقدير:

يود المؤلفون أن يشكروا المحرر والمراجعين على مساعدتهم التحريرية وتعليقاتهم القيمة. ونحن نشكر أعضاء مختبرات CH Lai وCL Wu على تعليقاتهم النقدية على هذه المخطوطة.

تضارب المصالح:

الكتاب تعلن أي تضارب في المصالح. لم يكن للممولين أي دور في تصميم الدراسة؛ في جمع البيانات أو تحليلها أو تفسيرها؛ في كتابة المخطوطة، أو في قرار نشر النتائج.

مراجع

كونوبكا، RJ. Benzer، S. Clock طفرات ذبابة الفاكهة السوداء. بروك. ناتل. أكاد. الخيال العلمي. الولايات المتحدة الأمريكية 1971، 68، 2112-2116. [المرجع المتقاطع]

2. داو، MA؛ شيلشر، عدوان FV ونجاح التزاوج في ذبابة الفاكهة السوداء. طبيعة 1975، 254، 511-512. [CrossRef] [مجلات]

3. هول، JC تزاوج الذبابة. العلوم 1994، 264، 1702-1714. [CrossRef] [مجلات]

4. تمبل، بي إل؛ بونيني، ن.؛ داوسون، د. كوين، WG مكافأة التعلم في ذبابة الفاكهة الطبيعية والمتحولة. بروك. ناتل. أكاد. الخيال العلمي. الولايات المتحدة الأمريكية 1983، 80، 1482-1486. [CrossRef] [مجلات]

5. تولي، تي؛ Quinn، WG التكييف الكلاسيكي والاحتفاظ به في ذبابة الفاكهة السوداء الطبيعية والمتحولة. J. شركات. فيزيول. 1985، 157، 263-277. [CrossRef] 6. سيجل، RW؛ Hall، JC الاستجابات المشروطة في سلوك المغازلة لذبابة الفاكهة الطبيعية والمتحولة. بروك. ناتل. أكاد. الخيال العلمي. الولايات المتحدة الأمريكية 1979، 76، 3430-3434. [المرجع المتقاطع]

7. فيني، ميغابايت؛ بندر، WW نموذج ذبابة الفاكهة لمرض باركنسون. طبيعة 2000، 404، 394-398. [المرجع المتقاطع]

8. كوان، سم؛ الراعي، د.؛ Mudher، A. رؤى من نماذج ذبابة الفاكهة لمرض الزهايمر. الكيمياء الحيوية. شركة نفط الجنوب. عبر. 2010، 38، 988-992. [المرجع المتقاطع]

9. الثلاثاء، NT؛ دات، TQ؛ لي، ليرة لبنانية. آنه، في دي؛ يوشيدا، H. رؤى من نموذج ذبابة الفاكهة السوداء لمرض الزهايمر. أمام. بيوسسي. 2020, 25, 134-146. [المرجع المتقاطع]

10. أوهارا، صباحا؛ شاناهان، ف. نباتات الأمعاء هي عضو منسي. EMBO Rep. 2006، 7، 688-693. [المرجع المتقاطع]

11. فونغ، تي سي؛ أولسون، كاليفورنيا؛ هسياو، EY التفاعلات بين الكائنات الحية الدقيقة والجهاز المناعي والجهاز العصبي في الصحة والمرض. نات. علم الأعصاب. 2017، 20، 145-155. [CrossRef] [مجلات]

12. لين، CH؛ تشن، CC. شيانغ، HL؛ ليو، JM. تشانغ، سم؛ لو، TP؛ تشوانغ، EY؛ تاي، YC. تشنغ، C.؛ لين، HY؛ وآخرون. تغيير الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء واستجابات السيتوكينات الالتهابية لدى المرضى الذين يعانون من مرض باركنسون. J. نيوروينفيلم. 2019، 16، 129. [CrossRef] [PubMed]

13. دي بالما، ج.؛ لينش، ماريلاند؛ لو، J.؛ دانغ، VT. دينغ، Y.؛ جوري، ج. أومه، G.؛ ميراندا، مساء؛ بيجراو باستور، م؛ سيداني، س.؛ وآخرون. يؤدي زرع الكائنات الحية الدقيقة البرازية من المرضى الذين يعانون من متلازمة القولون العصبي إلى تغيير وظيفة الأمعاء وسلوكها في الفئران المتلقية. الخيال العلمي. ترجمة. ميد. 2017, 9, eaaf6397. [CrossRef] [مجلات]

14. هسياو، إي واي؛ ماكبرايد، جنوب غرب؛ هسين، S.؛ شارون، ج. هايد، ER؛ ماكو، T.؛ كوديلي، جا؛ تشاو، J.؛ ريسمان، SE؛ بتروسينو، جي إف؛ وآخرون. تعدل Microbiota التشوهات السلوكية والفسيولوجية المرتبطة باضطرابات النمو العصبي. خلية 2013، 155، 1451-1463. [CrossRef] [مجلات]

15. Strandwitz، P. تعديل الناقل العصبي بواسطة ميكروبات الأمعاء. دقة الدماغ. 2018، 1693، 128-133. [CrossRef] [مجلات]

For more information:1950477648nn@gmail.com